AZ31镁合金板料激光冲击成形及其数值模拟.pdf

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1、AZ31镁合金板料激光冲击成形及其数值模拟LaserShockFormingandNumericalSimulationofAZ31MagnesiumAlloySheet2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：加7忙b月}7人爹～匀p，1厢日学位论文版权使用授权书lUtlll4Hllt(1Uttlllllll

2、llll(110Y2537906本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密口，在年解密后适用本授权书。不保密彤学位论文作者签名：铀刽≥护10年名月，／日指导教师签名绯纠Lc年和叫日江苏大学硕士学位论文摘要镁合金是一种储量丰富的轻质金属，具有高的比强度和比刚度、良好的减震性能和较强的电磁屏蔽能力等特点，在很多领域拥有广阔的发展空问，但是镁合金的塑性

3、较差、加工变形困难以及耐腐蚀性差等问题都限制了其广泛应用。激光冲击成形(LaserShockForming)是利用激光诱导的冲击波所形成的压力作为板料塑性成形的变形力，从而实现金属板材宏观塑性变形的一种新型加工成形技术。与传统的塑性加工方式相比，激光冲击成形具有应变率高、加工柔性大、可控程度高等优势，可以为变形镁合金的塑性成形提供一个全新的思路。本文以AZ31变形镁合金为研究对象，着重研究了不同脉冲能量、光斑直径以及冲击次数条件下激光冲击镁合金板料的成形性能和微观组织，探讨镁合金激光冲击成形件表面的腐蚀性能，同时利用有限元软件对激光冲击成形板料壁厚和残余应力进行了数值模拟分析。主要研究的

4、内容和结论如下：激光冲击成形实验证明，AZ31镁合金板料可实现高应变率激光冲击成形。在实验过程中，引入减薄率的概念来表征板料厚度变化，随着激光能量和冲击次数的增加，板料减薄率也相应增加；而随着光斑直径的增加，其减薄率却相应减小。试件在激光冲击过程中的断裂方式具有韧性断裂和脆性断裂混合特征，属于典型的准解理断裂，这主要与变形区应力状态有关，裂纹扩展呈多方向性。通过对成形件表面的残余应力和截面的显微硬度进行测试和分析，发现变形后的镁合金板材表面产生了残余压应力，其最大值可以达到．161MPa，同时成形区域硬度有所增加，其硬度最大值可达到78HV。在激光冲击成形过程中镁合金的微观结构发生明显变

5、化。不仅在激光冲击内凹面的次表层发现周期性纳米波纹结构，其波纹间距和清晰度与激光能量有关，而且晶粒得到细化，晶粒尺寸达到3～101am，同时形成高密度的位错和孪晶。电化学实验表明，激光冲击提高了镁合金成形件表面的耐腐蚀性能。经分析，其主要原因有以下两点：LSF后镁合金板材发生晶粒细化以及在冲击区域产生了残余压应力，这些都可以有效阻碍Cl一的侵入，从而提高镁合金的耐腐蚀性能。数值模拟结果表明，利用ABAQUS软件模拟激光冲击成形过程中镁合金板料壁厚和成形深度的变化趋势，以及板料冲击表面的残余应力分布的结果与实验TAZ31镁合金板料激光冲击成形及其数值模拟结果基本相符。选择厚度减薄率破裂准则

6、作为LSF材料的成形极限判据，并在有限元模拟中对成形极限进行判断。关键词：AZ31镁合金：激光冲击成形；电化学性能；数值模拟；微观组织II江苏大学硕士学位论文AbstractMagnesiumalloyisakindoflightmetalwithabundantmineralreserves．Ithashighspecificstrengthandspecificstiffness．gooddampingperformanceaswellasstrongabilityofelectromagneticshielding，thusithasbroadspacefordevelopment

7、inmanyareas．Butthecharacteristicsofpoorplasticity,difficulttodeformandlowcorrosionresistancelimitthewideapplicationsofmagnesiumalloys．Lasershockforming(LSF)isakindofnewprocessingtechnologywhichusesshockwavepressureindu